斯特林制冷机的振动分析及控制
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斯特林制冷机自适应主动振动控制系统研究的开题报告一、研究背景及意义斯特林制冷机是一种基于惯性力的循环式制冷设备,它具有体积小、重量轻、低噪音、低振动、无污染等诸多优点,已被广泛应用于航空航天、军事、医疗、电子、能源等领域。
然而,由于斯特林制冷机中的工作物体主要以气体为介质,因此气体的惯性和压缩弹性引起的振动一直都是制冷机运行过程中的一个难点,严重制约了其提高制冷效率和可靠性的发展。
因此,开展斯特林制冷机振动控制系统的研究,对于提高其工作性能和应用价值具有重要的意义。
二、研究内容与目标本文针对斯特林制冷机中被动振动控制问题,提出了一种自适应主动振动控制系统,目标是在保证制冷机正常工作的前提下,降低振动和噪声的影响,提高机器的可靠性和安全性。
具体研究内容和方案如下:1.制冷机运行过程中的振动分析和控制理论研究,建立基于物理模型的数学模型,分析机器的振动产生机理,探究振动控制手段和技术方法。
2.设计自适应主动振动控制系统,包括振动检测、信号处理、控制算法、执行机构等部分。
3.实验验证和性能优化,在实现振动控制的同时,根据实验数据进一步优化控制算法和实现技术方案,提高机器的稳定性和效率。
三、研究方法与技术路线1.文献调研和分析,了解斯特林制冷机工作原理和振动控制方法。
查找和整理相关文献和资料,以便为研究提供理论依据和实验设计的参考。
2.建立数学模型,采用振动分析理论和控制理论,对斯特林制冷机的结构、工作原理和动态特性进行建模和分析。
3.设计并实现自适应主动振动控制系统,包括振动检测、信号处理、控制算法和执行机构等部分,评估其控制效能和性能优化。
4.实验验证和分析,制定实验方案,根据实验数据进行性能评估和优化。
5.研究成果的撰写和总结,撰写论文并同时进行科研成果的呈报和宣传,扩大创建斯特林制冷机自适应主动振动控制系统的科学和技术的影响和收益。
四、研究项目的预期效益1.完善斯特林制冷机的振动控制方法和技术,增强机器的稳定性和可靠性。
斯特林制冷机自适应主动振动抑制算法研究李娟;周吉【摘要】空间机械制冷机产生的振动会影响空间探测仪器对探测目标的分辨率和定位精度,是制约制冷机空间应用的一个关键因素.为了降低斯特林制冷机在应用中产生的振动,将自适应主动振动抑制算法引入到系统中.分析了目前采用的主动振动抑制算法的原理和优缺点,表明该方法依赖于减振制动器传递函数,因而稳定性、收敛性受传递函数误差的制约.基于延迟补偿修正filter-X结构和仿射投影算法提出了自适应主动振动抑制系统,该系统由控制器、振动传感器组成.仿真结果显示,相比于常用的控制方法,摆脱了减振器传递函数误差影响的制约,稳定性、收敛性和鲁棒性更好.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2018(024)004【总页数】4页(P283-286)【关键词】斯特林制冷机;自适应滤波;主动振动抑制;仿射投影算法【作者】李娟;周吉【作者单位】北京空间机电研究所中国空间技术研究院空间光学遥感器技术核心专业实验室,北京 100094;北京空间机电研究所中国空间技术研究院空间光学遥感器技术核心专业实验室,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】TB65+.50 引言随着空间遥感任务对精度要求的提高,卫星上的有效载荷对振动环境也提出了更高要求。
机械制冷机产生的振动会对星载仪器产生极大的危害,是影响其空间应用的一个关键因素。
目前国际上红外光电探测项目依赖于长寿命机械制冷机的成功应用。
由于运动部件和气体穿梭导致制冷机产生振动干扰,尤其是冷指的振动会使红外探测器、焦平面器件偏离仪器光学系统的正常范围,导致成像模糊,对探测目标的分辨率和定位精度下降,甚至引起其他设备、结构的机械共振[1-3]。
随着深空高分辨率观测、红外干涉等空间技术的发展,对振动的要求越来越苛刻,必须对输出的振动力进行抑制。
美、欧等国已开展机械制冷机的主动振动抑制算法研究,其中包括JPL (Jetpropulsion Laboratory)[4]、NASA(National Aeronauticsand Space Administration)[5]、Hughes(即现在的 Raytheon)[6]、Lockheed、Sunpower等。
斯特林制冷机的操作原理斯特林制冷机是一种常用的制冷设备,它基于斯特林循环原理,通过驱动活塞的往复运动来实现制冷效果。
它的操作原理相对简单,但在应用和实践中有着广泛的用途。
1. 简介斯特林制冷机:斯特林制冷机是一种热力循环装置,由两个具有高热容量的热源--热源和冷源--以及两个工作活塞组成。
这些活塞通过间歇式的往复运动来改变气体的压力和体积,从而实现制冷效果。
2. 斯特林循环原理:斯特林循环是一种理想的热力循环过程,包括等温膨胀、等容冷却、等温压缩和等容加热四个阶段。
具体操作如下:- 等温膨胀阶段:冷源的热量传递给工作气体,使其膨胀,活塞从冷端往热端移动。
- 等容冷却阶段:冷源继续吸收热量,但气体不再膨胀,活塞保持在最高点位。
- 等温压缩阶段:热源向工作气体传递热量,使其压缩,活塞从热端往冷端移动。
- 等容加热阶段:热源继续传递热量,但气体不再压缩,活塞保持在最低点位。
3. 操作原理:斯特林制冷机的操作原理基于斯特林循环,通过循环改变工作气体的温度和压力,从而实现制冷效果。
具体操作过程如下:- 冷源吸热:在等温膨胀阶段,冷源向工作气体传递热量使其膨胀,同时活塞从冷端向热端移动。
这个过程中,工作气体吸收热量,并将其带到热端。
- 冷却:在等容冷却阶段,冷源继续吸收热量,但气体不再膨胀,活塞保持在最高点位。
这个过程中,工作气体的温度降低,散热至冷源。
- 热源加热:在等温压缩阶段,热源向工作气体传递热量使其压缩,同时活塞从热端向冷端移动。
这个过程中,工作气体释放热量,并将其带到冷端。
- 加热:在等容加热阶段,热源继续传递热量,但气体不再压缩,活塞保持在最低点位。
这个过程中,工作气体的温度升高,吸收热量的热源带走了制冷效果所需的热量。
4. 观点和理解:斯特林制冷机的操作原理相对简单,通过驱动活塞的往复运动,循环改变工作气体的温度和压力来实现制冷效果。
相比传统的制冷设备,斯特林制冷机具有以下优点:- 无需制冷剂:斯特林制冷机使用工作气体作为制冷介质,不需要传统的制冷剂,因此对环境友好。
制冷系统压缩机振动分析与控制技术研究随着制冷设备应用范围的不断扩大,制冷系统压缩机振动也日益受到重视。
因为压缩机振动会影响设备的稳定性和正常运行,甚至可能导致设备故障。
因此,制冷系统压缩机振动分析与控制技术的研究显得尤为重要。
一、制冷系统压缩机振动的原因分析1. 制冷系统本身的原因制冷系统是由多个部件组成的,包括压缩机、冷凝器、蒸发器等。
这些部件难免存在一些制造或使用中的缺陷,如制造质量不良、部件损坏、安装不规范等,这些问题都可能导致制冷系统的振动。
2. 外部环境的影响制冷设备常常运行在恶劣的环境下,如高温、高湿等。
这些环境因素也会对系统的稳定性产生一定的影响,导致压缩机振动。
3. 压缩机本身的问题压缩机是制冷设备的核心组件,如果在工作过程中存在过热、过载、排气阀门失效等问题都会导致压缩机的振动。
二、压缩机振动对设备的影响1. 影响设备的稳定性压缩机振动会导致整个制冷系统的运行不稳定,进而影响到整个设备的稳定性。
如果振动量过大,连带周围的设备也会受到影响。
2. 催化设备故障振动可能导致设备内部部件的脱落、松动等问题,这些问题一旦发生,会催化设备的故障,并且可能会进一步加剧问题。
3. 影响设备的使用寿命长期的振动会对设备的零部件造成损伤,导致设备提前失效。
如果长期不控制振动,对设备的使用寿命影响将会非常大。
三、振动分析与控制技术的研究为了有效控制振动的发生,制冷系统压缩机振动分析与控制技术的研究就呼之欲出。
其中,振动分析技术可以从多个方面入手,如加速度传感器、热成像技术等,对设备的振动情况进行全面的监测和分析。
控制技术可以通过控制力、运动精度、速度、角度等对振动进行控制,降低振动的影响。
四、实际应用制冷系统压缩机振动分析与控制技术已经在实际应用中取得了很好的效果。
例如,通过振动分析技术,可以检测出空调设备中的故障,及时修复,避免设备的性能下降和损坏。
通过控制技术,可以有效地控制设备的振动,延长设备的使用寿命。
基于DIC的斯特林制冷机振动非接触三维全场测试方法作者:朱魁章程腾仰叶张文君高越苏勇徐小海张青川来源:《中国测试》2015年第05期摘要:为快速准确测试斯特林制冷机在工作时的振动状态,建立一种基于数字图像相关(DIC)的非接触三维仝场测试新方法。
该方法通过对制冷机表面的自然或人工标识进行图像相关分析,获得制冷机表面的外形(或标识)位移和应变的非接触三维仝场测量,对测量的三维位移场进行傅里叶分析,进一步计算制冷机表面(或标识)的三维全场振动,实现制冷机振动振幅与频率的高精度无接触测量。
通过斯特林制冷机的三维振动测试结果表明:该方法不仅能作为斯特林制冷机振动输出测量的新方法,还能有效应用于其他运动物体的振动输出测量。
关键词:制冷机振动;数字图像相关;三维;全场测试文献标志码:A文章编号:1674-5124(2015)05-0001-040 引言斯特林制冷机是为高精度红外探测器提供80 K低温环境的一种机电组件,工作时因为内部部件运动而产生振动,振动大小直接影响红外探测器的探测准确度和成像质量,航天红外热像仪对制冷机的振动要求较高。
目前,斯特林制冷机的振动通常使用加速度传感器(或位移传感器)量测其振动加速度时程曲线(或位移时程曲线),从而评估制冷机的振动特性。
这类振动测试方法的局限性在于:1)通常是一维的点测量,为了较全面地分析制冷机的振动特性,需在制冷机的不同方位布置数个传感器;2)接触式测量,传感器必需粘贴在制冷机的表面上,还有测量引线,这对振动测试结果的准确性有一定影响,尤其是被测量物体尺寸和质量较小时。
数字图像相关(digital image correlation,DIC)技术是一种基于现代数字图像处理技术的新型光测技术,它通过分析变形前后被测物体表面的数字图像,获得被测器件表面的形貌和变形(位移、应变)信息,通过软件分析获得被测物体的振动位移量。
随着数字摄像技术的发展,各种高分辨率(>1200万像素)、高帧频(>1000 Hz)的数字相机不断涌现,基于DIC的测试技术也相应得到了快速发展,已被广泛应用于工业、科研、军事、医疗等领域,比如:混凝土的变形检测、材料表面变形测量、板材的成形极限曲线测量等。